CN105441823B - 一种超高强度热浸镀铝钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超高强度热浸镀铝钢板，该钢板成分按重量百分比计如下：C0.20％～0.50％，Si0.30％～2.00％，Mn1.10～5.00％，P≤0.020％，S≤0.020％，Al0.02％～1.50％，Mo≤1.50％，还含有Cr0.20％～1.00％，Ni0.20％～3.00％中的至少一种，还含有Nb≤0.10％，Ti≤0.25％中的至少一种，还含有Ca≤0.004％，Mg≤0.004％中的至少一种，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素；其中Cr+Mo、Ni+Mo不小于0.6％，Nb+Ti不小于0.06％；方法：钢板在连续热镀铝生产线加热到750℃‑850℃，保温温度750℃‑840℃，以不大于20℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，出镀液以后以不大于20℃/s的速度冷却；该钢板大幅度的提高热浸镀钢板在热冲压成型后的塑性、韧性，提高产品的综合性能。
Description
技术领域
本发明属于热浸镀铝钢板连续生产制造领域，尤其涉及一种超高强度热浸镀铝钢板及其制造方法。
背景技术
长期以来，钢铁一直是汽车工业的基础，虽然汽车制造中铝合金、镁合金、塑料及复合材料的用量不断增加，但高强度钢以其具有的高减重潜力、高碰撞吸收能、高疲劳强度、高成型性及低平面各向异性等优势，已经成为汽车工业轻量化的主要材料。21世纪的汽车行业以降低燃料消耗、减少CO2和废气排放成为社会的主要需求，为适应这种发展趋势，钢铁业已开发出许多种类的高强度钢板如DP、TRIP、CP、QP钢来帮助减轻汽车重量，同时提高汽车的安全性。为兼顾轻量化与碰撞安全性及高强度下冲压件回弹与模具磨损等问题，热成型高强度钢及其成型工艺和应用技术应运而生。目前凡是达到U-NCAP碰撞4星或5星级水平的乘用车型，其安全件(A/B/C柱、保险杠、防撞梁等)多数采用了抗拉强度为1500MPa、屈服强度为1200MPa的热成型高强度钢。同时，为解决高强度钢冷成型中的裂纹和形状冻结性不良等问题，出现了热冲压成型材料，已用其进行了强度高达1470MPa级汽车部件的制造。
热成型工艺过程：首先将常温下强度为500-600MPa的热压成型钢板加热到880-950℃，使之均匀奥氏体化，然后送入内部带有冷却系统的模具内冲压成型，同时快速冷却淬火，将奥氏体转变为马氏体，使冲压件得到硬化，大幅度提高强度。这个过程被称为“冲压硬化”技术。实际生产中，热冲压工艺又分为直接工艺和间接工艺，直接工艺即下料后直接将钢板加热然后冲压成型，主要用于形状简单且变形程度较小的工件；对于形状复杂或拉深深度较大的工件则需要采用间接工艺，即先将下好料的钢板进行预成型，然后再加热实施热冲压。
现有的热成型工艺使用的材料主要是含B钢，典型的钢牌号为22MnB5、30MnB等，虽然在很大程度上提高了材料的强度，但是钢板的塑形出现了严重的下降，或者说基本没有塑性，另外，B元素的存在污染了晶界，降低了晶界的凝聚力，另外还会在晶界析出Fe、C、B的化合物。本发明提供了一种超高强度热浸镀铝钢板及其生产方法，可以大幅度的提高热浸镀铝钢板在热冲压成型后的塑形、韧性，提高产品的综合性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种超高强度热浸镀铝钢板及其生产方法，热成形之后的塑韧性好。
本发明目的是这样实现的：
本发明利用新型的合金设计，去除了常规热压成型钢中的B元素，在连续热浸镀铝生产线上生产出适合热冲压成型的镀铝钢板，该钢板热冲压成型后具有良好的塑形、韧性，
一种超高强度热浸镀铝钢板，该钢板的成分按重量百分比计如下：C0.20％～0.50％，Si0.30％～2.00％，Mn1.10～5.00％，P≤0.020％，S≤0.020％，Al0.02％～1.50％，Mo≤1.50％，还含有Cr0.20％～1.00％，Ni0.20％～3.00％中的至少一种，还含有Nb≤0.10％，Ti≤0.25％中的至少一种，还含有Ca≤0.004％，Mg≤0.004％中的至少一种，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素；其中Cr+Mo、Ni+Mo不小于0.6％，Nb+Ti不小于0.06％。
热浸镀铝后钢板的组织为铁素体+珠光体+贝氏体，且铁素体+珠光体的体积分数之和不小于85％；最终热冲压成型超高强度热浸镀铝钢板组织组成为，铁素体+马氏体+贝氏体+残余奥氏体，其体积分数分别为铁素体0％～20％，马氏体30％-90％，贝氏体5％～40％，残余奥氏体4％～15％，马氏体+贝氏体的体积之和不小于80％。
本发明钢成分设计理由如下：
C，提高钢的淬透性，提高马氏体的强度，为残余奥氏体的富碳提供足够的碳。含量太低钢的强度不足，含量太高焊接性能差，钢的塑性变差，因此C控制在0.20％～0.50％。
Si，固溶强化元素，同时可以抑制渗碳体的析出，稳定奥氏体，因此Si控制在0.30％～2.00％。
Mn1.10～5.00％，固溶强化元素，提高钢的淬透性，降低马氏体转变温度,因此Mn控制在1.10～5.00％。
P≤0.50％，作为钢中的杂质元素，越少越好。
S≤0.030％，作为钢中的杂质元素，越少越好。
Al0.02％～3.00％，钢中主要的脱氧元素，固溶强化元素，同时可以抑制渗碳体的析出，稳定奥氏体，减少钢的选择性氧化对于热浸镀的影响。
Cr0.20％～1.00％，固溶强化元素，可明显提高亚稳奥氏体的稳定性和淬透性，增大奥氏体的过冷能力，推迟铁素体和珠光体转变，有利于亚稳奥氏体区的出现。
Ni0.20％～3.00％，固溶强化元素，提高钢的淬透性。
Mo，固溶强化元素，提高钢的淬透性，减少工艺对于钢的性能稳定性的影响，Mo具有很强的溶质拖拽作用，对珠光体转变的抑制作用非常明显，因此将起控制在Mo≤1.50％。
Ca、Mg，减少钢中的氧化物，提高钢水的纯净度，改善钢中的夹杂物形状，提高成型性能，将Ca、Mg控制在Ca≤0.004％，Mg≤0.004％。
一种超高强度热浸镀铝钢板的制造方法，包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、热浸镀、热冲压，钢板在连续热镀铝生产线加热到750℃-850℃，保温温度750℃-840℃，以不大于20℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，组织为铁素体+珠光体+贝氏体，且铁素体+珠光体的体积分数之和不小于80％；出镀液以后以不大于20℃/s的速度冷却，目的是尽量减少钢中的低温相变组织，之后热冲压。
本工艺也可以采用热轧板酸洗后直接进行热浸镀铝。
连续热镀铝生产线加热温度、保温温度为780℃-820℃。
钢板在所述连续热浸镀铝生产线加热过程中在650-770℃采用氧化性气氛，之后的加热和保温过程采用还原性气氛。
热冲压之前的加热、保温温度应该控制在奥氏体区，冷却开始温度控制在奥氏体区或奥氏体和铁素体的两相区，冷却到所述钢的Ms点和Mf点之间的温度，保证钢中含有一定量的残余奥氏体，冷却速度不小于20℃/s。
本发明的有益效果在于，提供一种超高强度热浸镀钢板及其生产方法，该钢板大幅度的提高热浸镀钢板在热冲压成型后的塑性、韧性，提高产品的综合性能。
具体实施方式
实施例1：
钢的化学成分：：C0.21％，Si0.30％，Mn1.10％，P≤0.020％，S≤0.020％，Al0.80％，Mo0.5％，Cr0.40％，Nb0.06％，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
制造工艺：所述成分的钢经冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧后，钢板在连续热镀铝生产线加热到800℃，保温温度790℃，以不大于10℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，出镀液以后以不大于10℃/s的速度冷却，得到超高强度热浸镀铝钢板。镀液成分为90％Al+10％Si。
热冲压之前的加热、保温温度应该控制在950℃，冷却开始温度控制在940℃，冷却到280℃，冷却速度50℃/s。
热浸镀铝钢板组织为：70％F+20％P+10％B。热成型钢组织为：85％M+5％B+10％A。
热浸镀铝钢板性能：屈服强度370MPa，抗拉强度560MPa，伸长率35％，镀层附着力良好，表面质量符合FB级表面要求。
实施例2：
钢的化学成分：C0.45％，Si1.50％，Mn5.00％，P≤0.020％，S≤0.020％，Al0.02％，Ni0.40％，Mo0.30％，Ti0.08％，Ca0.0004％，Mg0.0003％，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
制造工艺：所述成分的钢经冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧后，钢板在连续热镀铝生产线加热到810℃，保温温度810℃，以不大于15℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，出镀液以后以不大于15℃/s的速度冷却，得到超高强度热浸镀铝钢板。镀液成分为92％Al+8％Si。
热冲压之前的加热、保温温度应该控制在930℃，冷却开始温度控制在920℃，冷却到240℃，冷却速度60℃/s。
热浸镀铝钢板组织为：75％F+20％P+5％B。热成型钢组织为：78％M+10％B+12％A。
热浸镀铝钢板性能：屈服强度430MPa，抗拉强度560MPa，伸长率33％，镀层附着力良好，表面质量符合FB级表面要求。
实施例3：
钢的化学成分：C0.30％，Si2.00％，Mn2.50％，P≤0.020％，S≤0.020％，Al0.02％，Mo0.40％，Cr0.20％，Nb0.03％，Ti0.04％，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
制造工艺：所述成分的钢经冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧后，钢板在连续热镀铝生产线加热到750℃，保温温度750℃，以不大于12℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，出镀液以后以不大于15℃/s的速度冷却，得到超高强度热浸镀铝钢板。镀液成分为88％Al+12％Si。
热冲压之前的加热、保温温度应该控制在850℃，冷却开始温度控制在840℃，冷却到220℃，冷却速度40℃/s，钢的组织为马氏体+残余奥氏体。
热浸镀铝钢板组织为：80％F+28％P+2％B。热成型钢组织为：20％F+70％M+10％A。
热浸镀铝钢板性能：屈服强度320MPa，抗拉强度450MPa，伸长率28％，镀层附着力良好，表面质量符合FA级表面要求。
实施例4：
钢的化学成分：C0.40％，Si0.02％，Mn2.00％，P0.020％，S≤0.020％，Al1.50％，Cr0.50％，Mo0.30％，Nb0.07％，Ca0.0008％，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
制造工艺：所述成分的钢经冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧后，钢板在连续热镀铝生产线加热到850℃，保温温度840℃，以不大于10℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，出镀液以后以不大于8℃/s的速度冷却，得到超高强度热浸镀铝钢板。镀液成分为90％Al+10％Si。
热冲压之前的加热、保温温度应该控制在950℃，冷却开始温度控制在940℃，冷却到260℃，冷却速度30℃/s，钢的组织为马氏体+贝氏体+残余奥氏体。
热浸镀铝钢板组织为：70％F+25％P+5％B。热成型钢组织为：80％M+15％B+5％A。。
热浸镀铝钢板性能：屈服强度390MPa，抗拉强度600MPa，伸长率25％，镀层附着力良好，表面质量符合FB级表面要求。
实施例5：
钢的化学成分：C0.35％，Si1.80％，Mn2.50％，P≤0.020％，S≤0.020％，Al0.050％，Ni0.50％，Mo0.50％，Ti0.15％，Mg0.0004％，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
制造工艺：所述成分的钢经冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧后，钢板在连续热镀铝生产线加热到820℃，保温温度820℃，以不大于10℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，出镀液以后以不大于11℃/s的速度冷却，得到超高强度热浸镀铝钢板；镀液成分为90％Al+10％Si。
热冲压之前的加热、保温温度应该控制在920℃，冷却开始温度控制在910℃，冷却到300℃，冷却速度80℃/s，钢的组织为马氏体+残余奥氏体。
热浸镀铝钢板组织为：77％F+21％P+2％B。热成型钢组织为：89％M+11％A。
热浸镀铝钢板性能：屈服强度360MPa，抗拉强度550MPa，伸长率37％，镀层附着力良好，表面质量符合FA级表面要求。
实施例6：
钢的化学成分：C0.25％，Si1.90％，Mn2.50％，P≤0.010％，S≤0.010％，Al0.040％，Ni3.00％，Mo0.02％，Nb0.09％，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
制造工艺：所述成分的钢经冶炼、铸造、热轧、酸洗后，钢板在连续热镀铝生产线加热到830℃，保温温度830℃，以不大于9℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，出镀液以后以不大于14℃/s的速度冷却，得到超高强度热浸镀铝钢板。镀液成分为90％Al+10％Si。
热冲压之前的加热、保温温度应该控制在900℃，冷却开始温度控制在880℃，冷却到350℃，冷却速度100℃/s，钢的组织为马氏体+残余奥氏体。
热浸镀铝钢板组织为：60％F+33％P+7％B。热成型钢组织为：90％M+10％A。
热浸镀铝钢板性能：屈服强度400MPa，抗拉强度580MPa，伸长率31％，镀层附着力良好，表面质量符合FA级表面要求。
实施例7：
钢的化学成分：C0.30％，Si1.00％，Mn4.00％，P≤0.015％，S≤0.020％，Al0.70％，Mo1.50％，Cr0.20％，Ti0.02％，Nb0.05％，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
制造工艺：所述成分的钢经冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧后，钢板在连续热镀铝生产线加热到820℃，保温温度810℃，以不大于5℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，出镀液以后以不大于9℃/s的速度冷却，得到超高强度热浸镀铝钢板。镀液成分为90％Al+10％Si。
热冲压之前的加热、保温温度应该控制在940℃，冷却开始温度控制在920℃，冷却到300℃，冷却速度80℃/s，钢的组织为马氏体+残余奥氏体。
热浸镀铝钢板组织为：60％F+37％P+3％B。热成型钢组织为：90％M+10％A。
热浸镀铝钢板性能：屈服强度370MPa，抗拉强度510MPa，伸长率32％，镀层附着力良好，表面质量符合FB级表面要求。
实施例8：
钢的化学成分：C0.50％，Si1.90％，Mn2.50％，P≤0.010％，S≤0.015％，Al0.03％，Cr0.40％，Ni0.50％，Mo0.30％，Nb0.08％，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
制造工艺：所述成分的钢经冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧后，钢板在连续热镀铝生产线加热到830℃，保温温度830℃，以不大于9℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，出镀液以后以不大于14℃/s的速度冷却，得到超高强度热浸镀铝钢板。镀液成分为90％Al+10％Si。
热冲压之前的加热、保温温度应该控制在900℃，冷却开始温度控制在880℃，冷却到280℃，冷却速度70℃/s，钢的组织为马氏体+贝氏体+残余奥氏体。
热浸镀铝钢板组织为：40％F+53％P+7％B。热成型钢组织为：70％M+20％B+10％A。
热浸镀铝钢板性能：屈服强度420MPa，抗拉强度590MPa，伸长率26％，镀层附着力良好，表面质量符合FB级表面要求。
实施例9：
钢的化学成分：C0.30％，Si1.40％，Mn2.10％，P≤0.008％，S≤0.008％，Al0.04％，Ni3.00％，Mo0.10％，Ti0.15％，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
制造工艺：所述成分的钢经冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧后，钢板在连续热镀铝生产线加热到830℃，保温温度830℃，以不大于8℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，出镀液以后以不大于10℃/s的速度冷却，得到超高强度热浸镀铝钢板。镀液成分为90％Al+10％Si。
热冲压之前的加热、保温温度应该控制在930℃，冷却开始温度控制在900℃，冷却到310℃，冷却速度90℃/s，钢的组织为马氏体+贝氏体+残余奥氏体。
热浸镀铝钢板组织为：72％F+22％P+6％B。热成型钢组织为：50％M+40％B+10％A。
热浸镀铝钢板性能：屈服强度440MPa，抗拉强度610MPa，伸长率27％，镀层附着力良好，表面质量符合FB级表面要求。
实施例10：
钢的化学成分：C0.20％，Si0.50％，Mn1.50％，P≤0.020％，S≤0.020％，Al0.02％，Cr0.60％，Mo0.60％，Nb0.07％，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
制造工艺：所述成分的钢经冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧后，钢板在连续热镀铝生产线加热到820℃，保温温度820℃，以不大于9℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，出镀液以后以不大于12℃/s的速度冷却，得到超高强度热浸镀铝钢板。镀液成分为90％Al+10％Si。
热冲压之前的加热、保温温度应该控制在940℃，冷却开始温度控制在900℃，冷却到270℃，冷却速度100℃/s，钢的组织为马氏体+残余奥氏体。
热浸镀铝钢板组织为：60％F+33％P+7％B。热成型钢组织为：85％M+15％A。
热浸镀铝钢板性能：屈服强度470MPa，抗拉强度650MPa，伸长率26％，镀层附着力良好，表面质量符合FB级表面要求。
实施例11：
钢的化学成分：C0.35％，Si1.00％，Mn2.00％，P≤0.015％，S≤0.020％，Al0.80％，Cr0.30％，Ni0.30％，Mo0.30％，Nb0.03％，Ti0.06％，Mg0.0003％，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
制造工艺：所述成分的钢经冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧后，钢板在连续热镀铝生产线加热到800℃，保温温度790℃，以不大于7℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，出镀液以后以不大于10℃/s的速度冷却，得到超高强度热浸镀铝钢板。镀液成分为90％Al+10％Si。
热冲压之前的加热、保温温度应该控制在900℃，冷却开始温度控制在880℃，冷却到350℃，冷却速度100℃/s，钢的组织为铁素体+马氏体+贝氏体+残余奥氏体。
热浸镀铝钢板组织为：50％F+36％P+14％B。热成型钢组织为：13％F+60％M+20％B+7％A。
热浸镀铝钢板性能：屈服强度480MPa，抗拉强度690MPa，伸长率25％，镀层附着力良好，表面质量符合FA级表面要求。
Claims (3)
1.一种超高强度热浸镀铝钢板，其特征在于，该钢板的成分按重量百分比计如下：C0.20％～0.50％，Si1.00％～2.00％，Mn1.10～5.00％，P≤0.020％，S≤0.020％，Al0.70～1.50％，Mo≤1.50％，还含有Cr0.20％～1.00％，Ni0.20％～3.00％中的至少一种，还含有Nb≤0.10％，Ti≤0.25％中的至少一种，还含有Ca≤0.004％，Mg≤0.004％中的至少一种，其余为Fe和一些不可避免的杂质元素；其中Cr+Mo、Ni+Mo不小于0.6％，Nb+Ti不小于0.06％；组织组成为铁素体+马氏体+贝氏体+残余奥氏体或者马氏体+残余奥氏体，其体积分数分别为铁素体0％～20％，马氏体30％-90％，贝氏体0％～40％，残余奥氏体4％～15％，马氏体+贝氏体的体积之和不小于80％。
2.一种权利要求1所述超高强度热浸镀铝钢板的制造方法，其特征在于：经冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、热浸镀后，或者热轧板酸洗后直接进行热浸镀铝；钢板在连续热镀铝生产线加热到750℃-850℃，保温温度750℃-840℃，以不大于20℃/s的冷却速度冷却至热浸镀铝温度，然后进行热镀铝，出镀液以后以不大于20℃/s的速度冷却，之后进行热冲压；所述热冲压的加热、保温温度应该控制在奥氏体区，冷却开始温度控制在奥氏体区或奥氏体和铁素体的两相区，冷却到所述钢的Ms点和Mf点之间的温度，冷却速度不小于20℃/s。
3.根据权利要求2所述的一种高强度热浸镀铝钢板的制造方法，其特征在于：钢板在连续热浸镀铝生产线加热过程中在650-770℃采用氧化性气氛，之后的加热和保温过程采用还原性气氛。
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